采煤机的异常分析与诊断控制系统的研究

马钰杰

（西山煤电机电厂电修车间， 山西 太原 030053）

引言

采煤机作为煤矿井下三机之一，直接决定了煤炭的综采效率和安全性，一旦采煤机出现故障将导致停机维修，不仅造成严重的经济损失，而且长时间停机后也容易产生威胁井下人员生命健康。为了最大限度确保采煤机工作的稳定性，各煤炭生产企业均设置了专门的设备维修小组，每天利用停机时间对采煤机的运行情况进行全面检修，更换截齿、电路检查等。但由于每天停机时间有限，所有的检修工作主要停留在外在可见的层面，并不能对采煤机深层次的问题进行检查，只能够是故障完全显现以后再去排查、维修，完全无法满足井下越来越高的综采作业要求[1]。本文提出了一种采煤机异常分析与振动控制系统，该系统能够对采煤机运行过程中的关键状态信息进行监控和分析，对可能出现的故障进行预测和报警，直接锁定故障源并将检测、维修方案提供给维修人员，不仅能够实现对故障的提前预防，而且能够缩短对故障排查时间，极大提升了采煤机运行的稳定性和可靠性，缩短了设备检修时间，具有较高的应用推广价值。

1 采煤机常见故障分类

采煤机是一种集机电液于一体的大型机电设备，整体结构复杂，因此建立采煤机异常分析与故障诊断控制系统的第一步是需要依据不同的结构，对采煤机常见的故障类别和所涉及的部件进行分类，作为故障分析与诊断系统的运算分析基础，采煤机整体结构如1 所示。

采煤机的故障类别可分为机械故障、液压故障和电气故障三大类[2]。

1.1 机械故障

采煤机的机械故障主要包括传动轴承故障、传动齿轮故障、截齿磨损、传动系统故障等，该类别的故障发生后主要表现为采煤机传动机构的输出转矩不稳定、截割阻力增加等，因此可通过对传动电机输出转矩、工作电流、工作电压等的监控进行判断。

图1 采煤机整体结构示意图

1.2 液压故障

液压故障主要是控制采煤机摇臂运行时出现定位不准、液压油泄露、换向卡阻等，该类别的故障发生后主要表现为液压系统的工作压力变化、液压油的流量变化等，可通过对液压系统的工作压力和流量的监测进行判断。

1.3 电气故障

采煤机的电气故障是最常见的故障类别，因采煤机机械系统、液压系统的联合运行全部依赖于电气系统的调整，当出现电气故障后，系统表现出控制失效等，该类别的故障可通过对传输控制信号和反馈信号的对比进行判断。

2 采煤机的异常分析与诊断控制系统

采煤机的异常分析与诊断控制系统的核心是对采煤机的关键运行参数进行监测、逻辑判断、确定故障原因，其异常分析与诊断控制逻辑如下页图2 所示[3]。

由图1 可知，该异常分析与诊断控制系统最关键的在于对采煤机运行参数的分析、判断，为了确保对采煤机运行状态判断的准确性，该采煤机异常分析与控制系统采用了主成分分析法、随机选择法、方差选择法、相关系数法、互信息法、卡方检验方法[4]，来实现对采煤机运行过程中运行状态的综合判断，各种判断方式将判断结果传输到PLC 控制中心，对六种判断结果进行进一步的组合分析，剔除偏离量最大的结果，对两种最大概率的结果进行分析，并反馈给监控单元，由监控单元采集第二组分析数据进行分析，最终确认最终的输出结果。

图2 采煤机异常分析与诊断控制逻辑

3 人工神经网络诊断及控制界面

人工神经网络结构[5]主要是通过对人脑的思维模式、推理能力的模拟来实现对问题的分析和解决，在利用神经网络系统对采煤机的运行故障进行判断时，依据各类传感器设备所监测到的数据信号对其进行分选，根据所预设的判定模型对各部分的整体运行状态进行判断，同时该神经网络诊断法还具有逻辑判断功能，能够对一段时间内的各类数据进行分类、对信号状态进行分析，输出采煤机各部分运行诊断结果，实现提醒维护人员对采煤机运行欠佳的部分进行重点维护，有效提升采煤机运行的稳定性和可靠性。

为了实现对采煤机异常诊断结果的有效识别，根据采煤机最常见的故障类别，针对性地设计了采煤机的终端显示界面，能够将异常分析与诊断的结果实时显示在界面上，其显示界面如图3 所示。

图3 异常分析与诊断系统显示界面

4 结论

1）采煤机的故障类别可分为机械故障、液压故障和电气故障三大类；

2）采煤机异常分析与控制系统采用了主成分分析法、随机选择法、方差选择法、相关系数法、互信息法、卡方检验方法，来实现对采煤机运行过程中运行状态的综合判断，各种判断方式将判断结果传输到PLC 控制中心，能够获得最精确的分析结果；

3）神经网络诊断法还具有逻辑判断功能，能够对一段时间内的各类数据进行分类、对信号状态进行分析，输出采煤机各部分运行诊断结果，实现提醒维护人员对采煤机运行欠佳的部分进行重点维护，有效提升采煤机运行的稳定性和可靠性。